KR20190035439A - 산세공정용 레이저 시스템 및 이를 이용한 산세공정 수행 방법 - Google Patents

산세공정용 레이저 시스템 및 이를 이용한 산세공정 수행 방법 Download PDF

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Abstract

산세용액을 사용하지 않고 산세공정을 수행할 수 있는 본 발명의 일 측면에 따른 산세공정용 레이저 시스템은, 레이저빔을 생성하는 제1 레이저빔 생성기 및 상기 레이저빔을 강판의 제1 면에 주사하여 상기 강판의 제1 면에 형성된 불순물을 제거하는 제1 레이저 스캐너를 포함하는 복수개의 제1 레이저 장치; 상기 강판의 특성정보에 따라 상기 레이저 빔의 속성을 조절하는 레이저 컨트롤러; 및 상기 복수개의 제1 레이저 장치에 구동전원을 공급하는 전원공급장치를 포함하는 것을 특징으로 한다. 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

산세공정용 레이저 시스템{Lasor System for Pickling Process}
본 발명은 철강산업의 산세공정에 관련된 것으로서, 보다 구체적으로 철강산업의 산세공정을 수행하기 위한 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 산세공정을 거쳐 강판을 제조하는 과정으로는 냉연강판을 제조하는 과정을 들 수 있다. 냉연강판을 제조하는 과정은 열연강판을 일정 온도의 고온에서 권취한 후 코일야드에서 약 5일 정도 자연 냉각시키는 과정을 포함한다. 그리고, 고온에서 습식산세공정을 수행할 때 발생 가능한 표면결함을 방지시키기 위해 열연강판을 일정온도 이하로 냉각시킨 후 약 80로 가열된 염산 혹은 황산용액으로 채워진 산세조 및 세척조를 통과시키는 산세공정을 거친 후, 계속되는 냉간압연기 및 소둔공정을 거쳐 냉연강판으로 제조하고 있다.
이와 같이 일반적인 강판제조공정의 산세공정은 부식성이 강한 염산 또는 황산을 사용하기 때문에 별도의 폐산회수설비가 요구될 뿐만 아니라, 산세액농도 및 온도관리를 위한 주변설비의 관리와 유지가 복잡하며 산세액 교체 등의 소모성 재료비 부담이 가중될 우려가 있고, 제조공기도 5-7일 정도 소요되기 때문에 코일야드의 회전율을 저하시킴은 물론 물류비를 상승시킬 수 있다는 문제점이 있다.
또한, 기존의 산세공정의 경우 열간압연공정, 산세공정, 및 냉연공정이 각각의 독립적인 공정으로 유지 및 관리되기 때문에 공장부지 확보 및 부대설비 중복투자에 대한 부담을 가중시킴으로써 생산원가를 상승시킬 수 있는 요인으로 작용한다는 문제점이 있다.
한편 표면품질에 대한 요건은 더욱 엄격해지고 있을 뿐 아니라 고강도 고가공성 강판등 고급강재가 요구되고 있기 때문에, 실리콘(Si)등의 합금원소가 점점 다량 첨가되고 있으나 실리콘은 열연공정중 고온에서 페욜라이트(Fayalite)라는 고온액상(liquid phase)의 철-실리콘 산화물로 형성되어 산세공정에서도 잘 제거되지 않아 표면결함이 발생된다는 문제점이 있다.
또한 냉연용 소재의 가공성 확보를 위해 첨가되는 타타늄(Ti) 합금원소는 고온의 오스테나이트의 입계에서 우선 선택산화를 일으켜 산세공정에서 제거되지 않아 냉연강판의 미소 표면결함이 발생되는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 산세용액을 사용하지 않고 산세공정을 수행할 수 있는 산세공정용 레이저 시스템을 제공하는 것을 그 기술적 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 산세공정 과정을 단순화하여 공정시간을 단축시킬 수 있는 산세공정용 레이저 시스템을 제공하는 것을 다른 기술적 과제로 한다.
또한, 본 발명은 다양한 종류의 강판에 대한 표면 산화물 제거성능을 향상시킬 수 있는 산세공정용 레이저 시스템을 제공하는 것을 또 다른 기술적 과제로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 산세공정용 레이저 시스템은, 레이저빔을 생성하는 제1 레이저빔 생성기 및 상기 레이저빔을 강판의 제1 면에 주사하여 상기 강판의 제1 면에 형성된 불순물을 제거하는 제1 레이저 스캐너를 포함하는 복수개의 제1 레이저 장치; 상기 강판의 특성정보에 따라 상기 레이저 빔의 속성을 조절하는 레이저 컨트롤러; 및 상기 복수개의 제1 레이저 장치에 구동전원을 공급하는 전원공급장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 산세공정 수행시 산세용액을 사용하지 않고 레이저빔을 이용하여 강판의 표면에 존재하는 산화물을 제거할 수 있기 때문에, 산세용액을 처리하기 위한 폐산회수설비등과 같은 별도의 환경설비를 구축할 필요가 없으므로 시스템 구축을 위해 요구되는 면적이 감소될 뿐만 아니라, 시스템의 유지관리에 소요되는 비용 및 생산원가를 절감시킬 수 있다는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면 강판의 이동경로 상에 산세공정용 레이저 시스템을 설치하여 강판에 형성된 산화물을 제거할 수 있기 때문에 산세공정 수행을 위한 별도의 공장부지가 요구되지 않아 공장부지 확보 및 부대설비 중복투자에 대한 부담을 감소시킴으로써 생산원가를 절감할 수 있다는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면 산세용액 없이 산세공정을 수행하기 때문에 산세 전의 린스(Rinse) 공정 또는 산세 후의 건조(Dry) 공정이 불필요하여 공정을 단축시킬 수 있어 강판 제조 시간을 단축할 수 있다는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면 레이저빔의 세기, 레이저빔의 주사주기, 레이저빔의 주사지속시간, 및 레이저빔의 주사패턴 등과 같은 레이저 특성을 강판의 종류에 따라 조절함으로써 다양한 강판의 표면 산화물을 제거할 수 있어 표면 품질이 우수한 강판을 제조할 수 있다는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 레이저 스캐너로 폴리건 스캐너를 이용함으로써 넓은 강판의 넓은 범위에 레이저빔을 주사시킬 수 있어 필요한 레이저 장치의 개수를 감소시킬 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 산세공정용 레이저 시스템의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 제1 레이저 생성기의 구성을 개략적으로 보여주는 블록도이다.
도 3은 도 1에 도시된 제1 레이저 생성기의 일 예를 보여주는 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 제1 레이저 스캐너를 폴리건 스캐너로 구현한 예를 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 산세공정용 레이저 시스템의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 산세공정용 레이저 시스템의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 7은 도 6에서 서로 오버랩되는 제1 레이저 스캐너들에서 주사되는 레이저 빔을 보여주는 도면이다.
본 명세서에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 정의하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다.
"포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
"적어도 하나"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제1 항목, 제2 항목 및 제 3항목 중에서 적어도 하나"의 의미는 제1 항목, 제2 항목 또는 제3 항목 각각 뿐만 아니라 제1 항목, 제2 항목 및 제3 항목 중에서 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미한다.
이하, 첨부되는 도면을 참고하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다.
제1 실시예
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 산세공정용 레이저 시스템의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 산세공정용 레이저 시스템(100)은 제1 레이저 장치(110), 레이저 컨트롤러(120), 전원공급장치(130), 및 제어판넬(140)을 포함한다.
제1 레이저 장치(110)는 산세공정을 위한 제조라인을 따라 미리 정해진 방향과 속도로 진행하는 강판(150)의 제1 면(152)에 레이저빔을 조사함으로써, 강판(150)의 제1 면(152)에 형성된 불순물(예컨대, 산화물)을 제거한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 제1 레이저 장치(110)는 복수개로 구현될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 제1 레이저 장치(110)의 개수는 강판(150)의 크기 또는 제1 레이저 장치(110)의 제원에 기초하여 결정될 수 있다. 예컨대, 제1 레이저 장치(110)의 개수는 강판(150)의 폭 또는 제1 레이저 장치(110)에 의해 주사되는 레이저 빔의 빔폭에 따라 결정될 수 있다. 강판(150)의 폭이 클수록 제1 레이저 장치(110)의 개수는 증가하고, 레이저 빔의 빔폭이 클수록 제1 레이저 장치(110)의 개수는 감소할 수 있다.
제1 레이저 장치(110)가 복수개로 구현되는 경우, 복수개의 제1 레이저 장치(110)는 강판(150)의 제1 면(152)에 레이저 빔을 동시에 주사할 수 있다.
상술한 바와 같은 제1 레이저 장치(110)는 제1 레이저빔 생성기(112) 및 제1 레이저 스캐너(114)를 포함한다.
제1 레이저빔 생성기(112)는 레이저빔을 생성하여 제1 레이저 스캐너(114)로 출력한다. 이하, 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 레이저빔 생성기(110)의 구성에 대해 구체적으로 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 레이저빔 생성기의 구성을 개략적으로 보여주는 블록도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 레이저빔 생성기의 일 예를 보여주는 도면이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 레이저빔 생성기(112)는 광펌핑부(210), 광공진부(220), 및 광출력부(230)를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 레이저빔 생성기(112)는 광확장부(240)를 더 포함할 수 있다.
광펌핑부(210)는 펌핑광을 발생시키고, 발생된 펌핑광을 광공진부(220)로 진행시킨다. 구체적으로, 광펌핑부(210)는 광공진부(220)의 흡수광 파장에 해당하는 광을 펌핑한다. 광펌핑부(210)는 도 3에 도시된 바와 같이 펌핑광을 발생시키는 복수개의 광원(212) 및 복수개의 광원(212)을 광공진부(22)에 결합시키는 제1 커플러(214)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 복수개의 광원(212)은 레이저 다이오드, 플래시 램프, 아크 램프, 또는 텅스텐-할로겐 램 등을 포함할 수 있다.
광공진부(220)는 광펌핑부(210)에 포함된 제1 커플러(214)로부터 출사되어 입력되는 펌핑광을 기초로 레이저빔을 발생시키고, 발생된 레이저빔을 광출력부(230)측으로 진행시킨다. 도 3에 도시된 바와 같이, 광공진부(220)는 레이저빔의 발생을 위해 이득물질이 도핑된 이득매질 광성유(222)를 포함한다.
이득매질 광섬유(222)는 희토류 이온을 포함하는 것으로서, 이득매질 광섬유(222)로 입사된 펌핑광은 이득매질 광섬유(222)에 포함된 희토류 이온에 의해 흡수되고, 펌핑광을 흡수한 희토류 이온은 유도 방출에 의해 미리 정해진 파장을 갖는 레이저빔을 발생시킨다. 발생된 레이저빔은 이득매질 광섬유(222) 내에서 광출력부(230)측으로 진행하게 된다. 일 실시예에 있어서, 이득매질 광섬유(222)는 Nd:YAG, Nd:YLF, Nd:YVO4, 또는 Nd:Gdvo4 등으로 구현될 수 있다.
본 발명에 따른 광공진부(220)는 레이저빔을 공진 및 증폭시키기 위해, 도 3에 도시된 바와 같이 제1 및 제2 반사부재(224, 226)를 더 포함할 수 있다. 제1 및 제2 반사부재(224, 226)는 이득매질 광섬유(222)를 사이에 두고 서로 대향되도록 배치된다. 즉, 제1 반사부재(224)는 제1 커플러(214)와 이득매질 광섬유(222) 사이에 배치되고, 제2 반사부재(226)는 이득매질 광섬유(226)와 출력부(230) 사이에 배치된다. 이러한 배치를 통해, 제1 및 제2 반사부재(224, 226)는 이득매질 광섬유(222)에서 발생된 레이저빔의 되먹임을 유도하게 된다. 여기서, 광의 되먹임ㅇ이란 이득매질 광섬유(222)에서 생성된 레이저빔이 제1 반사부재(224) 및 제2 반사부재(226) 사이에서 수차례 왕복함에 의해 증폭되는 것을 의미한다.
본 발명에 따른 광공진부(220)가 제1 및 제2 반사부재(224, 226)을 추가로 포함하는 이유는 이득매질 광섬유(222)의 유도방출에 의한 광의 증폭만으로는 레이저빔의 발진 상태를 만들 수 없기 때문에, 제1 및 제2 반사부재(224, 226)를 이용한 광의 되먹임(Round Trip)을 통해 이득매질 광섬유(222)에서 생성된 레이저빔을 증폭시키기 위한 것이다.
일 실시예에 있어서, 제1 및 제2 반사부재(224, 226)는 광섬유 브래그 격자(Fiber Bragg Gratings)로 구현될 수 있다. 광섬유 브래그 격자는 특정 파장만을 반사하고 나머지 파장은 모두 투과시키는 특성을 갖는다. 이러한 실시예에 따르는 경우, 광섬유 브래그 격자로 구현된 제1 반사부재(224)는 레이저빔의 발진파장에서 99 내지 99.9% 이상의 반사율을 가지게 되어, 이득매질 광섬유(226)에서 발진되는 대부분의 레이저빔이 제1 반사부재(224)를 기준으로 우측방향으로 반사된다.
광출력부(230)는 제2 커플러(232)를 통해 광공진부(220)에 결합되고, 광공진부(220)에서 발생된 레이저빔을 제1 레이저 스캐너(114)로 출사한다. 일 실시예에 있어서, 제1 레이저빔 생성기(112)가 광확장부(250)를 더 포함하는 경우, 광출력부(230)는 광공진부(220)에서 생성된 레이저빔을 광확장부(250)로 출력한다.
광확장부(250)는 광출력부(230)와 제1 레이저 스캐너(114) 사이에 배치되어광출력부(230)로부터 출사되는 레이저빔의 폭을 확장시킨다. 광확장부(250)는 확장된 폭을 갖는 레이저빔을 제1 레이저 스캐너(114)로 출력한다.
다시 도 1을 참조하면, 제1 레이저 스캐너(114)는 제1 레이저빔 생성기(112)로부터 출사되는 레이저빔을 강판(150)의 제1 면(152)에 주사한다. 일 실시예에 있어서 복수개의 제1 레이저 스캐너(114)는 강판(150)의 제1 면(152) 상에서 강판(150)의 진행방향(X방향)에 수직한 방향(Y방향), 즉 강판(150)의 폭 방향으로 일정간격으로 배치될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 제1 레이저 스캐너(114)는 도 4에 도시된 바와 같은 폴리곤(Polygon) 스캐너일 수 있다. 제1 레이저 스캐너(114)를 폴리곤 스캐너로 구현함으로써 작은 개수의 제1 레이저 스캐너(114)만으로도 넓은 강판(150)의 넓은 범위에 레이저빔을 주사할 수 있게 된다.
도 1에 도시하지는 않았지만, 복수개의 제1 레이저 스캐너(114)는 강판(150)의 제1 면(152) 상에서 강판(150)의 진행방향(X방향)에 수직한 방향(Y방향), 즉 강판(150)의 폭 방향으로 배치된 거치대에 장착될 수 있다.
상술한 실시예에 있어서는 제1 레이저빔 생성기(112)와 제1 레이저 스캐너(114)가 분리 구성되는 것으로 설명하였다. 하지만, 변형된 실시예에 있어서 제1 레이저빔 생성기(112)와 제1 레이서 스캐너(114)는 하나의 하우징 내에 통합되어 구성될 수 있다. 이러한 경우, 제1 레이저빔 생성기(112) 및 제1 레이저 스캐너(114)가 통합된 제1 레이저 장치(110)가 강판(150)의 제1 면(152) 상에 강판(150)의 진행방향(X방향)에 수직한 방향(Y방향)으로 배치된다.
다시 도 1을 참조하면 레이저 컨트롤러(120)는 제어판넬(140)로부터 전달되는 강판(150)의 특성정보에 따라 레이저빔의 속성을 조절한다. 일 실시예에 있어서, 강판(150)의 특성정보는 강판(150)의 제조공정정보,강판(150)의 종류, 강판(150)의 폭, 또는 강판(150)의 표면상태에 대한 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 강판(150)의 제조공정정보는 강판(150)의 제조공정조건, 예컨대 강판(150)의 진행속도를 포함 할수 있다. 또한, 레이저빔의 속성은 레이저빔의 세기, 레이저빔의 주사주기, 레이저빔의 주사지속시간, 및 레이저빔의 주사패턴 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
구체적으로, 레이저 컨트롤러(120)는 광펌핑부(210)에 포함된 광원(212)의 출력을 조절함으로써 레이저빔의 세기, 레이저빔의 주사주기, 및 레이저빔의 주사지속시간을 조절할 수 있고, 제1 레이저 스캐너(114)의 회전방향 및 회전속도를 조절함으로써 제1 레이저 스캐너(114)에서 출사되는 레이저빔의 주사패턴을 조절할 수 있다.
이를 위해, 레이저 컨트롤러(120)는 강판(150)의 종류 또는 강판(150)의 제조공정정보가 레이저빔의 세기, 레이저빔의 주사주기, 레이저빔의 주사지속시간, 및 레이저빔의 주사패턴과 매칭되어 기록되어 있는 레이저빔 속성 테이블을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 레이저 컨트롤러(120)는 강판(150)의 종류에 따라 레이저빔의 세기를 다르게 설정할 수 있다. 또한 레이저 컨트롤러(120)는 강판(150)의 표면상태에 따라 복수개의 제1 레이저 장치(110)에서 출력되는 레이저빔의 세기를 각각 다르게 설정할 수도 있다. 구체적으로, 레이저 컨트롤러(120)는 강판(150)의 표면에 형성된 불순물의 두께가 두꺼운 영역에 대응되는 제1 레이저 장치(110)의 레이저빔의 세기를 강판(150)의 표면에 형성된 불순물의 두께가 얇은 영역에 대응되는 제1 레이저 장치(110)의 레이저빔의 세기보다 강하게 설정할 수 있다.
전원공급장치(130)는 복수개의 제1 레이저 장치(110) 및 레이저 컨트롤러(120)로 구동전원을 공급한다.
제어판넬(140)은 강판(150)의 제조공정을 제어하는 제어시스템(160)과 연동하여 제어시스템(145)으로부터 제공되는 강판(150)의 특성정보를 레이저 컨트롤러(120)로 제공한다. 이때, 제어시스템(160)은 강판(150)의 제조공정을 관리 및 제어하는 MES(162, Manufacturing Execution System) 또는 PLC(164, Programmable Logic Controller)로 구성될 수 있다.
상술한 바와 같이, 강판(150)의 특성정보는 강판(150)의 제조공정정보, 강판(150)의 종류, 강판(150)의 폭, 및 강판(150)의 표면상태에 대한 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 강판(150)의 제조공정정보는 강판(150)의 제조공정조건을 포함할 수 있다.
구체적으로, 제어판넬(140)은 강판(150)의 제조공정을 제어하는 MES 시스템 또는 PLC 장치 등과 같이 강판(150)의 제조라인에 이미 설치되어 있든 제어시스템(145)과 연동하여 제어시스템(145)으로부터 강판(150)의 특성정보를 획득한다.
한편, 도 1에 도시하지는 않았지만, 본 발명에 따른 산세공정용 레이저 시스템(100)은 제1 레이저 장치(110), 전원공급장치(120), 및 상기 레이저 제어기(133) 중 적어도 하나를 커버하는 하우징을 더 포함할 수 있다. 이러한 실시예에 따르는 경우 산세공정용 레이저 시스템(100)은 하우징에 설치되는 먼지 제거장치, 공기압 조절장치, 및 영상촬영장치를 더 포함할 수 있다.
먼지 제거장치는 제1 레이저 장치(110)에서 출력되는 레이저빔에 의해 강판(150)에 형성된 불순물 제거시 발생하는 먼지를 제거한다. 일 실시예에 있어서, 먼지 제거장치는 하우징 상에서 제1 레이저 장치(110)를 기준으로 강판(150)의 진입방향 또는 진출 방향에 위치할 수 있다.
공기압 조절장치는 하우징 내로 먼지나 불순물의 인입을 방지하기 위해 하우징 내의 공기압이 외부의 공기압보다 높은 공기압으로 유지되도록 하우징 내부의 공기압을 조절한다.
영상촬영장치는 강판(150)의 표면상태를 촬영하고, 촬영한 영상정보를 레이저 컨트롤러(120)로 제공한다. 레이저 컨트롤러(120)는 영상촬영장치로부터 전송되는 영상정보를 기초로 강판(150)의 제1 면(152)에 주사될 레이저빔의 세기, 레이저빔의 주사주기, 레이저빔의 주사지속시간, 및 레이저빔의 패턴 중 적어도 하나를 조절할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 산세공정용 레이저 시스템(100)은 강판(150)의 움직임을 독립적으로 제어하기 위한 모션제어 장치(미도시)를 더 포함 할 수도 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 산세공정 수행시 산세용액을 사용하지 않고 레이저빔을 이용하여 강판(150)의 표면에 존재하는 산화물을 제거할 수 있기 때문에, 산세용액을 처리하기 위한 폐산회수설비등과 같은 별도의 환경설비를 구축할 필요가 없으므로 시스템 구축을 위해 요구되는 면적이 감소될 뿐만 아니라, 시스템의 유지관리에 소요되는 비용 및 생산원가를 절감시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 경우 산세용액 없이 산세공정을 수행하기 때문에 산세 전의 린스(Rinse) 공정 또는 산세 후의 건조(Dry) 공정이 불필요하여 공정을 단축시킬 수 있어 강판 제조 시간을 단축할 수 있게 된다.
특히, 본 발명의 경우 강판(150)의 이동경로 상에 산세공정용 레이저 시스템(100)을 설치할 수 있기 때문에, 산세공정 수행을 위한 별도의 공장부지가 요구되지 않아 공장부지 확보 및 부대설비 중복투자에 대한 부담을 감소시킴으로써 생산원가를 절감할 수 있다.
제2 실시예
제1 실시예에 따른 산세공정용 레이저 시스템은 강판(150)의 제1 면(152)에만 레이저빔을 주사하는 것으로 설명하였다.
하지만, 제2 실시예에 따른 산세공정용 레이저 시스템은 도 5에 도시된 바와 같이, 강판(150)의 제1 면(152) 및 제2 면(154) 모두에 레이저빔을 주사할 수 있다. 이때, 강판(150)의 제2 면(154)은 강판(150)의 제1 면(152)에 반대되는 면을 의미한다. 이와 같이, 제2 실시예에 따른 산세공정용 레이저 시스템이 강판(150)의 제1 면(152) 및 제2 면(154) 모두에 레이저빔을 주사하는 이유는 강판(150)의 제1 면(152)에 형성되는 불순물뿐만 아니라 강판(150)의 제2 면(154)에 형성된 불순물도 제거하기 위한 것이다.
이를 위해, 본 발명의 제2 실시예에 따른 산세공정용 레이저 시스템(100)은 강판(150)의 제2 표면(154)에 레이저빔을 주사하기 위한 제2 레이저 장치(510)를 추가로 포함할 수 있고, 제2 레이저 장치(510)는 복수개일 수 있다. 이때, 제2 레이저 장치(510)의 개수는 제1 레이저 장치(110)의 개수와 동일하게 설정될 수 있다.
제2 레이저 장치(510)는 제1 레이저 장치(110)와 동일하게 레이저빔을 생성하는 제2 레이저빔 생성기(512) 및 생성된 레이저빔을 강판(150)의 제2 면(154)에 주사하는 제2 레이저 스캐너(514)를 포함한다. 제2 레이저빔 생성기(512)의 구성은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같은 제1 레이저빔 생성기(112)의 구성과 동일하므로 구체적인 설명은 생략한다. 제2 레이저 스캐너(514)는 제1 레이저 스캐너(114)와 동일하게 폴리곤(Polygon) 스캐너로 구현될 수 있다.
일 실시예에 있어서 복수개의 제2 레이저 스캐너(514)는 강판(150)의 제2 면(154)의 하측에 강판(150)의 진행방향(X방향)에 수직한 방향(Y방향), 즉 강판(150)의 폭 방향으로 일정간격으로 배치될 수 있다.
이때, 복수개의 제2 레이저 스캐너(514)는 강판(150)의 제2 면(154) 하측에 강판(150)의 진행방향(X방향)에 수직한 방향(Y방향), 즉 강판(150)의 폭 방향으로 배치된 거치대(미도시)에 장착될 수 있다.
상술한 바와 같은 실시시예에 따르는 경우 제1 레이저 장치(110) 및 제2 레이저 장치(510)는 생성된 레이저빔을 동시에 강판(150)의 제1 면(152) 및 제2 면(154)에 주사한다. 즉, 제1 레이저 장치(110) 및 제2 레이저 장치(510)는 동일한 주사주기 및 동일한 주사지속시간을 갖는 레이저빔을 강판(150)의 제1 면(152) 및 제2 면(154)에 각각 주사한다.
제1 레이저 장치(110)에서 생성되는 레이저빔의 주사패턴 또는 세기와 제2 레이저 장치(510)에서 생성되는 레이저빔의 주사패턴 또는 세기는 동일하게 설정될 수 있지만, 강판(150)의 제1 면(152) 및 제2 면(154)의 상태에 따라 서로 상이하게 설정될 수도 있다.
레이저 컨트롤러(120)는 제1 레이저 장치(110) 외에 제2 레이저 장치(510)를 추가로 제어하고, 전원공급장치(130)는 제1 레이저 장치(110) 외에 제2 레이저 장치(510)에도 구동전원을 공급한다는 점을 제외한 나머지 동작은 제1 실시예의 것과 동일하므로 구체적인 설명은 생략한다.
제3 실시예
제1 실시예에 따른 산세공정용 레이저 시스템(100)에서 제1 레이저 스캐너(114)는 강판(150)의 제1 면(152) 상에서 강판(150)의 진행방향(X방향)에 수직한 방향(Y방향)으로 배치되는 것으로 설명하였다.
하지만, 제3 실시예에 따른 산세공정용 레이저 시스템(100)에서 복수개의 제1 레이저 스캐너(114)는 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 서로 인접한 제1 레이저 스캐너(114)들은 일부 영역(OA)이 서로 중첩되도록 배치될 수 있다. 이에 따라 제3 실시예에 따른 산세공정용 레이저 시스템(100)에서 복수개의 제1 레이저 스캐너(114)는 강판(150)의 제1 면(152) 상에서 강판(150)의 진행방향(Y)에 대해 예각(α)을 이루는 방향(A방향)으로 배치될 수 있다.
제3 실시예에서 인접한 제1 레이저 스캐너(114)들을 일부 영역(OA)이 중첩되도록 배치하는 이유는, 제1 실시예에서와 같이 제1 레이저 스캐너(114)들이 일정한 간격으로 배치되거나 밀착되어 배치되는 경우 인접한 제1 레이저 스캐너(114)들 사이에 대응되는 강판(150)의 제1 면(152) 상에는 레이저빔이 주사되지 않을 수 있기 때문이다.
따라서, 제3 실시예에서와 같이 인접한 제1 레이저 스캐너(114)들을 일부 영역(OA)이 중첩되도록 배치하게 되면, 강판(150)의 제1 면(152) 상에서 레이저빔이 주사되지 않는 영역이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
이러한 실시예에 따르는 경우 예각(α)의 크기는 강판(150)의 진행속도, 레이저빔의 주사주기, 레이저빔의 주사지속시간 중 적어도 하나에 따라 결정될 수 있다. 예컨대, 강판(150)의 진행속도가 증가할 수록 예각(α)의 크기는 감소되고, 레이저빔의 주사주기가 증가할 수록 예각(α)의 크기는 증가될 수 있다.
한편, 도 7에 도시된 바와 같이, 레이저 컨트롤러(120)는 서로 인접한 제1 레이저 스캐너(114)들의 중첩 영역(OA) 내에서 서로 인접한 2개의 제1 레이저 스캐너(114a, 114b) 중 어느 하나의 제1 레이저 스캐너(114a)가 레이저빔(a)을 조사하는 경우 나머지 하나의 제1 레이저 스캐너(114b)는 중첩 영역(OA)을 제외한 영역에서만 레이저빔(b)을 주사하도록 제1 레이저 장치(110)들을 제어한다. 이는, 중첩 영역(OA) 내에서 서로 인접한 2개의 제1 레이저 스캐너(114a, 114b)들이 모두 레이저빔을 주사하는 경우 강판(150) 상에서 제1 레이저 스캐너(114)의 중첩 영역(OA)에 대응되는 영역에는 레이저빔이 2번 주사될 수 있기 때문이다.
다른 실시예에 있어서, 중첩 영역(OA)에서의 레이저빔 세기는 해당 영역에서 중첩되는 레이저빔의 합으로 결정될 수 있고, 이때 레이저 컨트롤러(120)는 중첩 영역(OA)의 강판(150) 표면 상태에 따라 레이저 빔의 세기가 조절되도록 할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 상술한 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 산세공정용 레이저 시스템 110: 제1 레이저 장치
112: 제1 레이저빔 생성기 114: 제1 레이저 스캐너
120: 레이저 컨트롤러 130: 전원공급장치
140: 제어판넬 210: 광펌핑부
212: 광원 214: 제1 커플러
220: 광공진부 222: 이득매질 광섬유
224: 제1 반사부재 226: 제2 반사부재
230: 광출력부 232: 제2 커플러

Claims (22)

  1. 레이저빔을 생성하는 제1 레이저빔 생성기 및 상기 레이저빔을 강판의 제1 면에 주사하여 상기 강판의 제1 면에 형성된 불순물을 제거하는 제1 레이저 스캐너를 포함하는 복수개의 제1 레이저 장치;
    상기 강판의 특성정보에 따라 상기 레이저 빔의 속성을 조절하는 레이저 컨트롤러; 및
    상기 복수개의 제1 레이저 장치에 구동전원을 공급하는 전원공급장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 산세공정용 레이저 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 강판의 특성정보는 상기 강판의 제조공정정보, 상기 강판의 종류, 상기 강판의 폭, 및 상기 강판의 표면상태 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 산세공정용 레이저 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수개의 제1 레이저 장치에 포함된 복수개의 제1 레이저 스캐너는 상기 강판의 제1 면으로부터 상측으로 소정 간격 이격되고 상기 강판의 진행방향에 수직한 방향으로 일정한 간격으로 배치되는 것을 특징으로 하는 산세공정용 레이저 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 컨트롤러는 상기 강판의 제1 면의 표면상태에 따라 상기 복수개의 제1 레이저 장치에 포함된 복수개의 제1 레이저빔 생성기의 레이저빔 세기를 다르게 설정하는 것을 특징으로 하는 산세공정용 레이저 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수개의 제1 레이저 장치에 포함된 복수개의 제1 레이저 스캐너 중 서로 인접한 제1 레이저 스캐너들은 일부 영역이 중첩되도록 배치되고, 중첩 영역의 레이저빔 세기는 중첩된 레이저빔의 합으로 결정되며, 상기 중첩 영역의 강판 표면 상태에 따라 제어되는 것을 특징으로 하는 산세공정용 레이저 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 강판의 제1 면 상에서 상기 복수개의 제1 레이저 스캐너는 상기 강판의 진행방향에 대해 예각을 이루는 방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 산세공정용 레이저 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 예각의 크기는 상기 강판의 진행속도, 상기 레이저빔의 주사주기, 및 상기 레이저빔의 주사지속시간 중 적어도 하나에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 산세공정용 레이저 시스템.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 레이저 컨트롤러는 상기 중첩되는 일부 영역 내에서 상기 서로 인접한 제1 레이저 스캐너들 중 어느 하나의 제1 레이저 스캐너에서만 상기 레이저빔이 주사되도록 상기 제1 레이저 장치를 제어하는 것을 특징으로 하는 산세공정용 레이저 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 컨트롤러는 상기 복수개의 제1 레이저 장치가 상기 레이저빔을 상기 강판의 제1 면에 동시에 주사하도록 상기 레이저빔의 주사주기 및 상기 레이저빔의 주사지속시간을 설정하는 것을 특징으로 하는 산세공정용 레이저 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    레이저빔을 생성하는 제2 레이저빔 생성기 및 상기 제2 레이저빔 생성기에 의해 생성된 레이저빔을 강판의 제2 면에 주사하여 상기 강판의 제2 면에 형성된 불순물을 제거하는 복수개의 제2 레이저 스캐너를 포함하는 복수개의 제2 레이저 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 산세공정용 레이저 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 레이저 컨트롤러는 상기 복수개의 제1 레이저 장치 및 상기 복수개의 제2 레이저 장치가 상기 레이저빔을 동시에 상기 강판의 제1 면 및 제2 면에 각각 주사하도록 상기 레이저빔의 주사주기 및 상기 레이저빔의 주사지속시간을 설정하는 것을 특징으로 하는 산세공정용 레이저 시스템.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 복수개의 제2 레이저 장치에 포함된 복수개의 제2 레이저 스캐너는 상기 강판의 제2 면으로부터 하측으로 소정 간격 이격되고,
    상기 강판의 진행방향에 수직한 방향으로 일정한 간격으로 배치되거나 상기 강판의 진행방향에 대해 예각을 이루는 방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 산세공정용 레이저 시스템.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제1 레이저빔 생성기는,
    펌핑광을 발생시키는 광펌핑부;
    상기 펌핑광을 진행시키고, 상기 펌핑광을 기초로 상기 레이저빔을 발생시키는 광공진부; 및
    상기 광공진부에 의해 발생된 레이저빔을 상기 제1 레이저 스캐너로 출력하는 광출력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 산세공정용 레이저 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 광펌핑부는
    상기 펌핑광을 발생시키는 복수개의 광원; 및
    상기 복수개의 광원을 상기 공진부에 결합시키는 커플러를 포함하는 것을 특징으로 하 는산세공정용 레이저 시스템.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 광공진부는,
    상기 광펌핑부에서 발생된 펌핑광의 에너지를 흡수하여 미리 정해진 파장을 갖는 상기 레이저빔을 발생시키는 이득매질 광섬유; 및
    상기 이득매질 광섬유를 사이에 두고 서로 대향되도록 배치되어 상기 이득매질 광섬유에 의해 발생된 상기 레이저빔의 되먹임을 유도하는 제1 및 제2 반사부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 산세공정용 레이저 시스템.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 강판의 제조공정을 제어하는 제어시스템과 연동하여 상기 강판의 특성정보를 획득하고, 획득된 상기 강판의 특성정보를 상기 레이저 컨트롤러로 전송하는 제어판넬을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 산세공정용 레이저 시스템.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 복수개의 제1 레이저 장치, 상기 전원공급장치, 및 상기 레이저 컨트롤러 중 적어도 하나를 커버하는 하우징; 및
    상기 하우징 상에서 상기 하우징 내로 상기 강판이 진입하는 영역에 대응되는 위치 또는 상기 하우징으로부터 상기 강판이 진출하는 영역에 대응되는 위치에 설치되고, 상기 제1 레이저 장치에 의해 상기 강판으로부터 상기 불순물이 제거될 때 발생되는 먼지를 제거하는 먼지 제거장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 산세공정용 레이저 시스템.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 강판의 제1 면의 표면상태를 촬영하는 영상촬영부를 더 포함하고,
    상기 레이어 컨트롤러는 상기 영상촬영부에 의해 촬영된 영상을 기초로 상기 강판의 제1 면의 표면상태를 분석하고, 분석결과를 이용하여 상기 레이저빔의 세기, 상기 레이저빔의 주사주기, 상기 레이저 빔의 주사지속시간, 및 상기 레이저 빔의 주사패턴 중 적어도 하나를 설정하는 것을 특징으로 하는 산세공정용 레이저 시스템.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 복수개의 제1 레이저 장치, 상기 전원공급장치, 및 상기 레이저 컨트롤러 중 적어도 하나를 커버하는 하우징; 및
    상기 하우징 내로 먼지나 불순물의 인입을 방지하기 위해 상기 하우징 내의 공기압이 외부의 공기압보다 높은 공기압으로 유지되도록 상기 하우징 내부의 공기압을 조절하는 공기압 조절장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 산세공정용 레이저 시스템.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 제1 레이저 스캐너는 폴리건 스캐너이고,
    상기 레이저 컨트롤러는 상기 폴리건 스캐너의 회전방향 및 회전각도 중 적어도 하나를 제어하여 상기 레이저빔의 주사패턴을 조절하는 것을 특징으로 하는 산세공정용 레이저 시스템.
  21. 제1항에 있어서,
    상기 복수개의 제1 레이저 장치는 상기 제1 레이저 생성기에 의해 생성된 레이저빔의 폭을 확장시켜 상기 제1 레이저 스캐너로 공급하는 광확장부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 산세공정용 레이저 시스템.
  22. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 빔의 속성은 상기 레이저 빔의 세기, 상기 레이저 빔의 주사주기, 상기 레이저 빔의 주사지속시간, 및 상기 레이저 빔의 주사패턴 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 산세공정용 레이저 시스템.
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